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KR101584999B1 - 대상 단말 및 협력 단말의 협력 통신 방법 - Google Patents

대상 단말 및 협력 단말의 협력 통신 방법 Download PDF

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KR101584999B1
KR101584999B1 KR1020100121522A KR20100121522A KR101584999B1 KR 101584999 B1 KR101584999 B1 KR 101584999B1 KR 1020100121522 A KR1020100121522 A KR 1020100121522A KR 20100121522 A KR20100121522 A KR 20100121522A KR 101584999 B1 KR101584999 B1 KR 101584999B1
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삼성전자주식회사
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Abstract

셀 간 간섭이 존재하는 환경에서 단말 간 협력을 이용함으로써 신호의 품질을 향상시키고, 협력 통신 시에 협력 단말의 전송 전력을 고려하여 협력 방식 및 협력 통신을 수행할 협력 단말을 선택함으로써 협력 단말의 에너지 소모를 최소화할 수 있는 대상 단말 및 협력 단말의 협력 통신 방법이 제공된다.

Description

대상 단말 및 협력 단말의 협력 통신 방법{COOPERATED COMMUNICATION METHOD FOR TARGET TERMIANL AND COOPERATING TERMINAL}
아래의 실시예들은 대상 단말 및 협력 단말의 협력 통신 방법에 관한 것이다.
초고속 무선 통신에서 고용량 데이터 수요가 매우 빠르게 늘고 있다. 이에 따라 차세대 무선 통신 시스템에서는 각 사용자에게 높은 통신 용량을 보장할 수 있어야 한다. 이동 통신 가입자가 증가하고, 요구하는 서비스의 종류가 다양해 짐에 따라 하나의 기지국이 담당하는 영역의 크기가 점점 줄어들어 간섭 제한 네트워크 (interference-limited network)로 동작하고 있다. 일 예로써, 펨토 셀은 가정, 사무실 등에 설치하는 소형 무선 AP 등을 가리키는 용어로써, 작은 전송 전력으로 커버리지(coverage)는 작지만, 좁은 영역에 높은 통신 용량을 보장할 수 있다.
또한, 펨토셀을 이용한 무선 통신 시스템은 사용자가 원하는 시간과 장소에 펨토셀을 임의로 설치하여 사용자의 고용량 무선 통신 요구를 충족시키는 시스템이다. 다만, 이와 같은 펨토셀 통신 시스템은 좁은 영역에 많은 펨토셀 기지국이 설치되므로, 펨토셀 간 강한 간섭이 생겨 펨토셀 기지국과 사용자 간 간섭 채널을 이루게 된다.
이러한 간섭 문제를 해결하기 위하여 주파수 분할, 시 분할, 코드 분할 등 자원을 추가적으로 사용하는 방법이 이용되고 있으나. 무선 통신 시스템이 요구하는 높은 트래픽을 처리하는 근본적인 해결책이 되지는 못하고 있다. 따라서, 보다 효율적으로 간섭 문제를 해결하여 통신 성능을 높일 수 있는 통신 방법이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 대상 단말의 협력 통신 방법은 대상 단말과 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질에 기초하여, 적어도 하나의 이웃 단말에게 협력을 요청하는 단계; 상기 적어도 하나의 이웃 단말로부터 상기 대상 단말 및 상기 적어도 하나의 이웃 단말 사이의 협력 방식에 대한 정보 및 상기 협력 방식에 따라 상기 적어도 하나의 이웃 단말에게 요구되는 전송 전력에 대한 정보를 획득하는 단계; 상기 정보를 기초로 상기 적어도 하나의 이웃 단말 중 상기 대상 단말과 협력하는 협력 단말을 선택하는 단계; 및 상기 협력 단말에 대응하는 협력 방식에 따라 상기 협력 단말과 함께 협력 통신을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 협력 방식은 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 대상 단말을 위한 신호 성분을 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; AF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 AF 기반 협력 방식 또는 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; DF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 DF 기반 협력 방식 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 상기 대상 단말 및 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질과 미리 설정된 타겟 신호 품질 사이의 차이를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 이웃 단말에게 협력을 요청하는 단계는 상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 상기 계산된 차이에 대한 정보, 상기 대상 단말의 주소, 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국의 아이디 또는 상기 적어도 하나의 이웃 단말을 위한 기지국의 아이디 중 적어도 하나를 포함하는 메시지를 브로드캐스트(broadcast) 하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 대상 단말과 협력하는 협력 단말을 선택하는 단계는 상기 적어도 하나의 이웃 단말에게 요구되는 전송 전력에 기초하여 상기 대상 단말과 협력하는 협력 단말을 선택하는 단계일 수 있다.
상기 협력 단말에게 상기 대상 단말과 상기 협력 단말 간의 채널에 대한 정보, 상기 대상 단말과 상기 협력 단말 간의 협력 통신을 수행할 시작 시점 및 종료 시점에 대한 정보를 포함하는 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 협력 방식이 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 대상 단말을 위한 신호 성분을 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; AF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 AF 기반 협력 방식인 경우, 상기 협력 단말에게 상기 대상 단말의 빔 포밍 벡터 및 상기 대상 단말의 노이즈 전력을 포함하는 메시지를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 대상 단말을 위한 신호 성분, 상기 협력 단말과 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 간섭 채널에 대한 정보 및 상기 대상 단말을 위한 신호 성분에 대한 상기 협력 단말의 송신 전력 비율을 이용하여 상기 대상 단말의 신호 품질을 최대화하는 선형 결합 계수를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 선형 결합 계수를 이용하여 상기 대상 단말을 위한 신호 성분과 상기 대상 단말이 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국으로부터 수신한 신호를 선형 신호 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 협력 방식이 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; DF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 DF 기반 협력 방식인 경우, 상기 협력 단말로부터 상기 협력 단말을 위한 신호 성분, 상기 협력 단말 과 상기 대상 단말 사이의 채널에 대한 정보 및 상기 협력 단말의 전송 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 이용하여 상기 대상 단말에 대한 간섭을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 대상 단말에 대한 간섭을 제거하는 단계는 상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 선형 결합하여 상기 대상 단말에 대한 간섭을 제거하는 단계일 수 있다.
상기 대상 단말에 대한 간섭을 제거하는 단계는 상기 협력 단말을 위한 신호 성분에 대한 송신 전력과 상기 선형 결합에 이용되는 선형 결합 계수를 고려하여 상기 대상 단말에 대한 신호 품질을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 대상 단말에 대한 간섭을 제거하는 단계는 상기 협력 단말을 위한 기지국과 상기 대상 단말 사이의 채널에 대한 정보, 상기 협력 단말의 빔 포밍 벡터를 이용하여 상기 협력 단말을 위한 기지국과 상기 대상 단말 사이의 채널에 대한 간섭 성분을 재조합 하는 단계; 및 상기 대상 단말의 신호 품질을 향상시키기 위하여, 상기 대상 단말이 수신한 신호로부터 상기 재조합 한 간섭 성분을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 협력 단말의 협력 통신 방법은 대상 단말로부터 협력 요청을 수신하는 단계; 상기 협력 요청에 따라 상기 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인하는 단계; 상기 대상 단말과 상기 협력 단말 사이의 협력 방식을 선택하는 단계; 상기 대상 단말에게 상기 협력 방식에 대한 정보 및 상기 협력 방식에 따라 상기 협력 단말에게 요구되는 전송 전력에 대한 정보를 전송하는 단계; 및 상기 협력 방식에 따라 상기 대상 단말과 함께 협력 통신을 수행하는 단계를 포함한다.
상기 협력 방식은 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 대상 단말을 위한 신호 성분을 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; AF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 AF 기반 협력 방식 또는 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; DF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 DF 기반 협력 방식 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 협력 요청을 수신하는 단계는 상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 상기 대상 단말 및 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질과 미리 설정된 타겟 신호 품질 사이의 계산된 차이에 대한 정보, 상기 대상 단말의 주소, 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국의 아이디 또는 상기 협력 단말을 위한 기지국의 아이디 중 적어도 하나를 포함하는 메시지를 수신하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 협력 요청에 따라 상기 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인하는 단계는 상기 협력 단말 및 상기 협력 단말을 위한 기지국 사이의 신호 품질 및 미리 설정된 타겟 신호 품질을 비교하여 상기 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인하는 단계일 수 있다.
상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국으로부터 수신한 파일럿 신호에 기초하여 상기 협력 단말과 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 채널에 대한 간섭 대 잡음비를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 대상 단말과 상기 협력 단말 사이의 협력 방식을 선택하는 단계는 상기 간섭 대 잡음비 및 상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 상기 대상 단말 및 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질과 미리 설정된 타겟 신호 품질 사이의 계산된 차이에 대한 정보에 기초하여 상기 대상 단말과 상기 협력 단말 사이의 협력 방식을 선택하는 단계; 및 상기 대상 단말이 상기 대상 단말과 협력하는 협력 단말을 선택하도록 하기 위하여, 상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 각각에 따라 상기 협력 단말에게 요구되는 전송 전력을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 대상 단말과 상기 협력 단말 사이의 협력 방식을 선택하는 단계는 상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 중 상기 협력 단말에게 요구되는 전송 전력이 더 적게 소모되는 방식을 상기 대상 단말과 상기 협력 단말 사이의 협력 방식으로 선택하는 단계일 수 있다.
상기 협력 방식이 상기 AF 기반 협력 방식인 경우, 상기 대상 단말로부터 상기 대상 단말의 빔 포밍 벡터 및 상기 대상 단말의 노이즈 전력을 포함하는 정보를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인하는 단계는 상기 대상 단말의 빔 포밍 벡터 및 상기 대상 단말의 노이즈 전력을 이용하여 상기 대상 단말이 획득할 수 있는 신호 품질의 이득을 계산하는 단계; 및 상기 계산 결과에 기초하여 상기 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 대상 단말을 위한 신호 성분, 상기 협력 단말과 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 간섭 채널에 대한 정보 및 상기 대상 단말을 위한 신호 성분에 대한 상기 협력 단말의 송신 전력 비율에 대한 정보를 상기 대상 단말에게 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 협력 방식이 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; DF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 DF 기반 협력 방식인 경우, 상기 대상 단말에게 상기 협력 단말을 위한 신호 성분, 상기 협력 단말 과 상기 대상 단말 사이의 채널에 대한 정보 및 상기 협력 단말의 전송 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지를 전송하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 멀티 셀 또는 계층 셀 환경에서 셀 간 간섭이 존재할 때 단말 간의 협력을 이용함으로써 수신 데이터의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말 간 협력을 통하여 간섭을 받는 단말의 신호 대 간섭-잡음비(SINR)을 증가시킴으로써 전송률을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말 간의 협력 통신 시에 협력 단말의 전송 전력을 고려하여 대상 단말과 협력 단말 사이의 협력 방식 및 협력 통신을 수행할 협력 단말을 선택함으로써 협력 단말의 에너지 소모를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 셀 환경에서의 셀 간 간섭 상황 및 단말 간 협력을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀 환경에서의 셀 간 간섭 상황 및 단말 간 협력을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 채널 환경에서 단말 간 협력이 수행되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 단말의 협력 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 단말의 협력 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 단말과 협력 단말 간의 협력 통신 동작을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; AF) 기반의 협력 통신 방식을 수행할 수 있는 환경을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 환경에서 대상 단말과 협력 단말 사이의 협력 통신에 필요한 데이터를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 7의 환경에서 AF 기반의 협력 통신을 수행하는 동작을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 디코드 앤 포워드(Decide & Forward; DF) 기반 방식의 협력 통신의 개념을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 통신의 수행 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 단말 및 협력 단말 사이의 협력 방식이 디코드 앤 포워드 기반 협력 방식이고, 각 단말을 위한 기지국이 다중 안테나를 사용하는 경우의 협력 통신을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하에서, '신호 품질'은 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ration; SNR), 신호 대 간섭 플러스 잡음비(Signal to Interference Plus Noise Ration; SINR), 간섭 대 잡음비(Interference to Noise Ratio; INR) 등을 모두 포함하는 용어로서, '채널 품질'과 같은 의미로 사용한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 셀 환경에서의 셀 간 간섭 상황 및 단말 간 협력을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계층 셀 환경에서의 셀 간 간섭 상황 및 단말 간 협력을 나타낸 도면이다.
도 1의 멀티 셀 환경은 셀룰라 환경과 같이 셀이 인접하여 설치된 경우를 말하며, 도 2의 계층 셀 환경은 매크로 셀과 같은 큰 셀 안에 마이크로 셀(micro cell), 피코 셀(pico cell), 펨토 셀(femto cell) 등과 같은 작은 셀 (Small cell)이 설치된 경우를 일컫는다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 멀티 셀과 계층 셀 환경 각각에서 서로 다른 셀간 간섭이 미치는 경우에 단말 간 협력이 어떻게 이루어질 수 있는지를 볼 수 있다.
이하에서 설명하는 '단말 간 협력'의 의미는 두 단말에 장착되어 있는 무선랜 모듈 또는 블루투스 모듈 등을 이용하여 단말 간 직접 통신을 하여 신호 성분을 키울 수 있는 정보를 교환하거나, 간섭 신호를 줄일 수 있는 정보를 교환하는 것을 뜻한다.
즉, 예를 들어, 서로 다른 셀에 속한 단말들이 직접 셀룰라 통신 방식 외에 와이파이(WiFi) 등과 같은 다른 통신 방식을 사용하여 직접 통신하는 것을 의미한다. 단말 간 협력을 이용할 경우, 단말 간의 정보 교환을 통하여 간섭 성분을 줄이고 신호 대 간섭 플러스 잡음 비(Signal to Interference-plus-Noise Ratio; SINR)의 세기를 키울 수 있어 단말의 수신 전송률을 증가시킬 수 있다.
단말 간 협력 방법으로는 크게 두 가지를 들 수 있다.
첫 번째 방식은 도움을 주는 단말(이하, 협력 단말)이 도움을 받는 단말(이하, 대상 단말)에게 대상 단말을 위한 신호 성분을 증폭(amplify)하여 전달(forwarding)해 주는 방식이다. 이러한 협력 방식을 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; 이하 AF 기반) 협력 방식이라고 하고, 대상 단말의 신호 성분을 전달한다는 점에서 시그널 포워딩(Signal Forwarding; SF) 방식이라고 할 수도 있다.
두 번째 방식은 협력 단말이 대상 단말에게 협력 단말을 위한 신호 성분(대상 단말의 입장에서는 간섭 성분)을 디코딩(decoding)하고, 이 신호 성분(디코딩된 협력 단말의 신호 성분)을 전달해주는 방식이다. 이러한 협력 방식을 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; 이하, DF 기반) 협력 방식이라고 하고, 대상 단말의 간섭 성분을 전달한다는 점에서 인터피어런스 포워딩(Interference Forwarding; IF) 방식이라고도 할 수도 있다.
이하에서는 간섭 채널 환경에서 대상 단말과 협력 단말 간의 협력 통신을 위한 AF 기반 협력 방식과 DF 기반 협력 방식을 제안하고, AF 기반 협력 방식과 DF 기반 협력 방식 중에 더 효율적 협력 방식을 결정하는 방법을 제안한다.
이 때, 어떤 단말들 간에 협력을 수행하는 것이 좋은지를 결정하는 데에는 단말 간의 협력에 추가적으로 요구되는 신호 품질의 값 및 각 협력 방식에 따라 소비되는 단말의 전송 전력(power)이 고려될 수 있다.
이하에서는 상술한 협력 방식 및 각 협력 방식에 따라 간섭을 제어하기 위해 필요한 동작 절차 및 메시지를 정의한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 채널 환경에서 단말 간 협력이 수행되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 간섭 채널 환경에서 송신단에는 기지국 a(310)와 기지국 b(330)가 존재하고, 수신단에는 단말 1(320)과 단말 2(340)가 존재할 수 있다. 이때, 단말 1(320)을 도움을 주는 단말, 즉 '협력 단말'이라고 하고, 단말 2(340)를 도움을 받는 단말, 즉 '대상 단말'이라고 하자.
기지국 a(310)는 자신이 서빙하는 협력 단말(320)에게 Pa라는 전력으로 신호를 전송하고, 기지국 b(330)는 자신이 서빙하는 대상 단말(340)에게 Pb라는 전력으로 신호를 전송한다. 이때, 기지국 a(310)가 송신하는 신호를 x1이라 하고, 협력 단말(320)이 수신하는 신호 y1이라 하자. 또한, 기지국 b(330)가 송신하는 신호를 x2라 하고 단말 (340)가 수신하는 신호를 y2라 하자.
여기서, h는 각 링크간 채널을 의미하며, hi ,j는 노드 i에서 노드 j로의 채널을 뜻한다. ha ,2 는 기지국 a(310)가 대상 단말(340)에게 간섭을 주는 채널이고, hb,1은 기지국 b(320)가 협력 단말(320)에게 간섭을 주는 채널이다. 또한, h1 ,2는 협력 단말(320)이 대상 단말(340)에게 협력을 위한 신호를 보낼 때 이용하는 채널로써, '협력 채널' 이라고 한다.
단말 간 협력을 위해 협력 단말(320)은 대상 단말(340)에게 도움이 되는 특정 신호를 P1의 전력으로 전송한다. 단말 간 협력이 없는 상황에서는 협력 단말(320)과 대상 단말(340)는 둘 다 타겟 신호 품질(target SINR)을 동시에 만족하지 못할 수도 있다.
하지만. 단말 간 협력이 가능한 경우에는 예를 들어, 타겟 신호 품질을 만족하는 단말인 협력 단말(320)이 타겟 신호 품질을 만족하지 못하는 다른 단말인 대상 단말(340)에게 특정 데이터를 전송하여 대상 단말의 신호 품질(예를 들어, SINR)을 향상시킬 수 있다. 이 때, 협력 단말(320)이 대상 단말(340)과의 사이에 사용하는 채널(또는 링크)의 주파수 자원은 각 기지국들(310,330)이 자신이 서빙하는 단말들(320,340)과의 사이의 통신에 사용하는 주파수와는 다른 별도의 자원을 사용한다. 즉, 기지국-단말 간의 통신과 단말-단말 간의 통신 시, 서로 간에 간섭은 발생하지 않는다.
< 단말간 협력 전송 방식>
협력 단말(320)은 대상 단말(340)의 신호 품질을 향상시키기 위하여 AF 기반과 DF 기반의 두 가지 협력 방식으로 협력 신호를 전달할 수 있다.
첫 번째, AF 기반 협력 방식은 협력 단말(320)이 자신이 수신한 신호 중에서 대상 단말(340)을 위한 신호 성분을 증폭하여 대상 단말(340)에게 전달하는 방식이다. 즉, 협력 단말(320)은 자신이 수신한 신호 중에서 자신의 신호(x1)를 먼저 디코딩하고, 자신의 신호(x1) 성분을 제외한 나머지 신호(y1 - x1) 성분(즉, 대상 단말의 위한 신호 성분)을 대상 단말(340)에게 전달한다.
두 번째, DF 기반 협력 방식은 협력 단말(320)이 수신한 신호 중에서 협력 단말(320)을 위한 신호 성분을 디코딩하고, 디코딩된 협력 단말을 위한 신호 성분(즉, 대상 단말의 입장에서는 간섭 성분)을 대상 단말(340)에게 전달하는 방식이다. 즉, 협력 단말(320)은 자신이 수신한 신호 중에서 자신의 신호(x1)를 디코딩하고, 이 신호(x1) 성분을 대상 단말(340)에게 전송한다. 그러면, 대상 단말(340)은 SIC(Successive Interference Cancellation) 방식으로 자신에게 수신되는 신호 중에서 간섭 신호에 해당되는 협력 단말의 신호(x1)를 먼저 빼고, 남은 자신의 신호(x2)를 디코딩 한다.
협력 단말의 서빙 기지국 a(310)에서 x1 신호가 전송되고, 대상 단말을 위한 기지국 b(330)에서 x2 신호가 전송될 때, 협력 단말(320)이 수신하는 y1 신호와 대상 단말(340)이 수신하는 y2 신호는 각각 [수학식 1] 및 [수학식 2]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00001
여기서, ha ,1 은 기지국 a(310)에서 협력 단말인 단말 1(320)로의 채널을 나타내고, n1은 협력 단말(320)이 수신하는 신호에 대한 백색 잡음을 나타낸다.
Figure 112010079286704-pat00002
여기서, ha ,1 은 기지국 a(310)에서 협력 단말인 단말 1(320)로의 채널을 나타내고, n2는 대상 단말(340)이 수신하는 신호에 대한 백색 잡음을 나타낸다.
< AF 기반 협력 방식에서의 신호 품질( SINR ) 계산>
AF 기반 협력 방식을 사용할 때 각 단말(여기서는 협력 단말(320) 및 대상 단말(340))이 얻게 되는 신호 품질(예를 들어, SINR)은 수식 전개를 통해 다음과 같이 구할 수 있다. AF 기반 협력 방식에서는 [수학식 1]에서 신호 x1 을 디코딩하고 남은 신호 성분(y1 - x1)을 전송하기 때문에, 대상 단말(340)이 협력 단말(320)로부터 수신하는 신호 v2를 [수학식 3]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00003
여기서,
Figure 112010079286704-pat00004
이며,
Figure 112010079286704-pat00005
라 정의한다.
또한, N0는 대상 단말(340)이 협력 단말(320)로부터 수신하는 신호 v2에 대한 백색 잡음을 의미한다.
협력 단말(320)이 기지국 a(310)으로부터 수신한 자신의 신호 x1에 대한 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00006
)은 다음과 같다.
Figure 112010079286704-pat00007
협력 단말(320)이 수신한 신호 중 x1을 제외한 나머지 신호는
Figure 112010079286704-pat00008
과 같이 나타낼 수 있다. 따라서, 신호
Figure 112010079286704-pat00009
에서 x2에 대한 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00010
)은 [수학식 5]와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00011
또한 대상 단말(340)가 협력 채널(h1 ,2)을 통해 협력 단말(320)으로부터 수신한 신호 중 x2에 대한 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00012
)은 [수학식 6]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00013
또한 대상 단말(340)가 기지국으로부터 수신한 신호 중 x2에 대한 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00014
)은 [수학식 7]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00015
상술한 [수학식 5] 내지 [수학식 7]을 이용하여 대상 단말(340)가 수신해야 할 x2에 대한 최종적인 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00016
)을 아래의 [수학식 8]과 같이 정리할 수 있다
Figure 112010079286704-pat00017
Figure 112010079286704-pat00018
즉, x2 신호에 대한 최종적인 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00019
)은 Direct link와 relay link의 품질의 합으로 나타나게 된다.
< DF 기반 협력 방식에서의 신호 품질( SINR ) 계산>
AF 기반 협력 방식과 마찬가지로 DF 기반 협력 방식을 사용할 때 각 단말이 얻게 되는 신호 품질(SINR)을 수식 전개를 통해 다음과 같이 구할 수 있다. DF 기반 협력 방식에서는 [수학식 1]의 y1으로부터 x1을 디코딩 한 후, x1 신호를 전송하기 때문에, 대상 단말(340)이 협력 단말(320)로부터 수신한 신호(
Figure 112010079286704-pat00020
)는 다음의 [수학식 9]와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00021
대상 단말(340)가 기지국으로부터 수신한 신호 중에서 x1 신호에 대한 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00022
)은 [수학식 10]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00023
또한, 대상 단말(340)가 협력 단말(320)으로부터 수신한 신호 중 x1 신호에 대한 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00024
)은 다음의 [수학식 11]과 같다.
Figure 112010079286704-pat00025
따라서 대상 단말(340)의 x1 신호에 대한 최종 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00026
)은 다음의 [수학식 12]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00027
즉 대상 단말(340)의 x1 신호에 대한 최종 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00028
)은 [수학식 4]으로 표현되는 협력 단말(320)이 기지국 a(310)으로부터 수신한 자신의 신호 x1에 대한 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00029
)과 [수학식 10]과 [수학식 11]의 두 신호 품질의 합(
Figure 112010079286704-pat00030
) 중 최소 값에 의해 제한된다.
대상 단말(340)는 협력 단말(320)으로부터 수신한 x1 신호의 신호 품질에 따라 x1 신호를 먼저 디코딩(decoding) 하고, 이 x1 신호를 y2 신호에서 뺀 다음에 자신이 취하고자 하는 x2 신호를 디코딩 한다. 이 때, 대상 단말(340)는 y2 신호에서 자신에게 간섭 성분인 x1 신호를 먼저 빼기 때문에 (즉, 간섭 취소(interference cancellation)을 수행하기 때문에) 대상 단말(340)의 x2 신호에 대한 최종 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00031
)은 다음의 [수학식 13]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00032
상술한 바와 같이 [수학식 13]에서 간섭 부분이 없어지게 되므로 DF 기반 협력 방식에 의해 신호 품질 이득(gain)이 존재함을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 [수학식 4], [수학식 8], 및 [수학식 13]에 의해 표현되는, 협력 단말(320)이 취하는 x1 신호와 대상 단말(340)가 취하는 x2 신호에 대한 신호 품질이 미리 설정된 값(예를 들어, 타겟(target) SINR 값) 보다 크도록 한다.
이하에서는, AF 기반 협력 방식 또는 DF 기반 협력 방식 중 단말 사이의 협력 통신을 위해 이용할 협력 방식을 선택하는 방법과 각각의 협력 방식에 따라 협력 단말이 사용하게 될 전송 전력 값이 최소한 얼마가 되어야 하는지를 결정하는 방법을 설명한다.
< AF 또는 DF 중 협력 방식을 선택하는 방법>
우선, 협력 단말(320)은 수신 신호의 세기가 큰 단말로서 타겟 신호 품질(target SINR)을 만족시켰다고 가정한다. 이때, 협력 단말(320)은 전력 소모 측면에서 AF 기반 협력 방식이 전력 소모가 적은지 또는 DF 기반 협력 방식이 전력 소모가 적은지 여부를 파악하고, 전력 소모가 적은 방식을 협력 방식으로 선택할 수 있다.
AF 기반 협력 방식의 경우, 협력 통신 후 도움을 받은 대상 단말(340)이 취해야 할 신호 x2에 대한 신호 품질은 아래 기재된 [수학식 8]에서의 타겟 신호 품질(target SINR (γ０))를 만족시켜야 한다.
상기 조건을 만족하는 대상 단말(340)의 신호 x2에 대한 신호 품질은 다음의 [수학식 14] 및 [수학식 15]와 같이 정리할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00033
Figure 112010079286704-pat00034
대상 단말(340)이 취해야 할 신호 x2가 타겟 신호 품질(Target SINR)을 만족시키기 위해서 추가적으로 필요한 신호 품질 γδ은 [수학식 16]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00035
즉, 대상 단말(340)과 대상 단말을 위한 서빙 기지국(330) 사이의 신호 품질과 타겟 신호 품질 사이의 차이를 γδ 로 표시할 수 있다.
또한, 위의 [수학식 16]을 풀어서 표현하면 다음의 [수학식 17]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00036
[수학식 17]로부터 협력 단말(320)의 전송 전력(power)을 계산하면 아래의 [수학식 18]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00037
마지막으로, 협력 단말(320)이 필요로 하는 전송 전력(P1)을 정리하면 [수학식 19]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00038
또한, DF 기반 협력 방식의 경우, 협력 후 대상 단말(340)에서 협력 단말(320)의 데이터 x1에 대한 신호 품질은 상술한 [수학식 12]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00039
위의 [수학식 12]에서 협력 단말(320)이 이미 타겟 신호 품질(target SINR)을 만족시켰다고 가정한다면 위의 [수학식 12]는 오른쪽 항에 의해서 결정된다. 따라서, 협력 단말(320)이 타겟 신호 품질(γ０)을 만족하기 위해서는 다음의 [수학식 20]이 만족되어야 한다.
Figure 112010079286704-pat00040
AF 기반 협력 방식과 마찬가지로 타겟 신호 품질(γ０)과 대상 단말(340)이 기지국으로부터 수신한 신호 중 x1 신호에 대한 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00041
) 사이의 차이(
Figure 112010079286704-pat00042
)를 다음의 [수학식 21]과 같이 정의 할 수 있다. 이 때, 신호 품질 사이의 차이(
Figure 112010079286704-pat00043
)는 대상 단말(340)이 협력 채널을 통해 협력 단말(320)로부터 수신한 신호 중 x1 신호에 대한 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00044
)과 동일하다.
Figure 112010079286704-pat00045
위의 [수학식 21]을 계산하면 다음의 [수학식 22]와 같이 협력 단말(320)이 송신해야 할 전력 값(P1)을 얻을 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00046
따라서, [수학식 19]와 [수학식 22]를 통해 얻은 AF 기반 협력 방식 또는 DF 기반 협력 방식을 사용할 때 협력 단말(320)이 각각 최소한으로 사용해야 할 전송 전력을 정리하면 [수학식 23]과 같다.
Figure 112010079286704-pat00047
결국, 협력 단말(320)은 이 두 전력 값을 비교하여 전력이 더 작게 드는 방식을 선택하여 협력하게 된다. 예를 들어, 협력 단말(320)이 AF 기반 협력 방식으로 단말 간 협력을 수행하기로 결정한 경우는 다음의 [수학식 24]와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00048
이와 반대로 협력 단말(320)이 DF 기반 협력 방식으로 단말 간 협력을 수행하기로 결정한 경우는 다음의 [수학식 25]와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00049
AF 기반 협력 방식에서 대상 단말(340)이 타겟 신호 품질을 만족시키기 위하여 필요로 하는 추가적인 신호 품질(즉, 대상 단말 및 대상 단말의 서빙 기지국 사이의 신호 품질과 미리 설정된 타겟 신호 품질 사이의 차이)(γδ)은 상술한 [수학식 16]을 이용하여 구할 수 있다.
또한, DF 기반 협력 방식에서 대상 단말(340)이 타겟 신호 품질을 만족시키기 위하여 필요로 하는 추가적인 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00050
)은 [수학식 21]을 이용하여 구할 수 있다.
즉, 이 값들(추가적인 신호 품질(γδ)(
Figure 112010079286704-pat00051
))은 대상 단말(340)이 수신하는 y2 신호 중에서 자신이 원하는 x2 신호와 간섭 신호인 x1신호에 대한 각각의 신호 품질을 타겟 신호 품질(γ０)에서 뺀 값들이다. 따라서, 이 두 값들((γδ)(
Figure 112010079286704-pat00052
))은 대상 단말(340)이 자신의 신호 및 간섭 신호를 수신하면서 파일롯(pilot) 신호를 이용하여 측정할 수 있는 값들이다.
또한, [수학식 19]에 정의된 (Sb ,1)값은 협력 단말(320)이 느끼는 간섭 신호에 대한 신호 품질 값이다. (Sb ,1)값은 협력 단말(320)이 간섭 신호를 수신하면서 파일롯 신호를 이용하여 측정할 수 있다. 결국, 협력 단말(320)은 이 세 개의 파라미터((Sb,1),(γδ),(
Figure 112010079286704-pat00053
))로 구성된 [수학식 24] 또는 [수학식 25]의 조건을 이용하여, 협력 통신을 수행하기 위하여 AF 기반 협력 방식을 쓸지 또는 DF 방식을 쓸지를 결정할 수 있다.
또한, 협력 단말(320)이 결정한 협력 방식에 따라 사용하게 될 협력 단말(320)의 전송 전력(P1)은 [수학식 23]에 의해 결정된다. 이 때, 전송 전력(P1)을 결정하기 위해 추가적으로 필요한 파라미터는 협력 단말(320)과 대상 단말(340) 사이의 채널 값인 h1 , 2값 뿐이며, 이 채널 값 h1 , 2은 협력 단말(320)과 대상 단말(340) 사이에 전송되는 파일럿(pilot) 신호를 이용하여 추정할 수 있다.
이하에서는 대상 단말과 타겟 단말 각각의 통신 방법 및 동작 절차에 대하여 자세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 단말의 협력 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 4를 참조하면, 대상 단말은 대상 단말과 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질에 기초하여, 적어도 하나의 이웃 단말에게 협력을 요청한다(410).
대상 단말은 적어도 하나의 이웃 단말로부터 대상 단말 및 적어도 하나의 이웃 단말 사이의 협력 방식에 대한 정보 및 협력 방식에 따라 적어도 하나의 이웃 단말에게 요구되는 전송 전력에 대한 정보를 획득한다(420).
여기서, 협력 방식은 협력 단말이 수신한 신호 중에서 대상 단말을 위한 신호 성분을 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; AF) 방식으로 대상 단말에게 전송하는 AF 기반 협력 방식 또는 협력 단말이 수신한 신호 중에서 협력 단말을 위한 신호 성분을 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; DF) 방식으로 대상 단말에게 전송하는 DF 기반 협력 방식 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
대상 단말은 AF 기반 협력 방식 또는 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 대상 단말 및 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질과 미리 설정된 타겟 신호 품질(g0 ) 사이의 차이((gd),(Gd ))를 계산할 수 있다.
대상 단말은 AF 기반 협력 방식에 대하여 계산된 신호 품질의 차이(gd) 및 DF 기반 협력 방식에 대하여 계산된 신호 품질의 차이(Gd) 각각에 대한 정보, 대상 단말의 주소, 대상 단말을 위한 서빙 기지국의 아이디 또는 적어도 하나의 이웃 단말을 위한 기지국의 아이디 중 적어도 하나를 포함하는 메시지를 브로드캐스트(broadcast) 할 수 있다. 이 때, 대상 단말이 브로드캐스팅 하는 메시지를 협력 요청 메시지(Cooperation Request Message)라 부를 수 있다.
대상 단말은 협력 방식에 대한 정보 및 전송 전력에 대한 정보를 기초로 적어도 하나의 이웃 단말 중 대상 단말과 협력하는 협력 단말을 선택한다(430). 430에서 대상 단말은 적어도 하나의 이웃 단말에게 요구되는 전송 전력에 기초하여 협력 단말을 선택할 수 있다. 구체적으로 대상 단말은 적어도 하나의 이웃 단말에게 요구되는 전송 전력이 가장 작은 단말을 협력 단말로 선택할 수 있다.
그 후, 대상 단말은 협력 단말에게 대상 단말과 협력 단말 간의 채널(h1 ,2)에 대한 정보, 대상 단말과 협력 단말 간의 협력 통신을 수행할 시작 시점 및 종료 시점에 대한 정보를 포함하는 메시지를 전송할 수 있다. 이러한 메시지를 협력 스케줄링 정보 메시지(Cooperation Scheduling Information Message)라고 부를 수 있다.
대상 단말은 협력 단말에 대응하는 협력 방식에 따라 협력 단말과 함께 협력 통신을 수행한다(440).
대상 단말이 각 협력 방식(AF 기반 협력 방식 또는 DF 기반 협력 방식)에 따라 협력 통신을 수행하는 동작에 대하여는 후술하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 단말의 협력 통신 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 5를 참조하면, 협력 단말은 대상 단말로부터 협력 요청을 수신한다(510).
510에서 협력 단말은 대상 단말로부터 브로드캐스팅 된 메시지(예를 들어, 협력 요청 메시지)에 의해 협력 요청이 있음을 인식할 수 있다.
협력 요청 메시지는 AF 기반 협력 방식에 대하여 계산된 신호 품질의 차이(gd) 및 DF 기반 협력 방식에 대하여 계산된 신호 품질의 차이(Gd) 각각에 대한 정보, 대상 단말의 주소, 대상 단말을 위한 서빙 기지국의 아이디 또는 적어도 하나의 이웃 단말을 위한 기지국의 아이디 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
협력 단말은 협력 요청에 따라 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인한다(520).
520에서 협력 단말은 협력 단말 및 협력 단말을 위한 기지국 사이의 신호 품질 및 미리 설정된 타겟 신호 품질을 비교하여 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인할 수 있다.
또한, 협력 단말은 대상 단말을 위한 서빙 기지국으로부터 수신한 파일럿 신호에 기초하여 협력 단말과 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 채널에 대한 간섭 대 잡음비(INR(Sb ,1))를 측정할 수 있다.
협력 단말은 대상 단말과 협력 단말 사이의 협력 방식을 선택한다(530).
협력 단말은 간섭 대 잡음비(INR(Sb ,1)) 및 AF 기반 협력 방식 또는 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 대상 단말 및 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질과 미리 설정된 타겟 신호 품질 사이의 계산된 차이에 대한 정보에 기초하여 대상 단말과 협력 단말 사이의 협력 방식을 선택할 수 있다.
즉, 협력 단말은 상술한 정보에 기초하여 AF 기반 협력 방식 또는 DF 기반 협력 방식 중 협력 단말에게 요구되는 전송 전력이 더 적은 협력 방식을 대상 단말과 협력 단말 사이의 협력 방식으로 선택할 수 있다.
또한, 협력 단말은 대상 단말이 대상 단말과 협력하는 협력 단말을 선택하도록 하기 위하여, AF 기반 협력 방식 또는 DF 기반 협력 방식 각각에 따라 협력 단말에게 요구되는 전송 전력을 결정할 수 있다.
협력 단말이 협력 방식을 선택하는 방법에 대하여는 도 3을 통해 설명한 수학식들 및 해당 부분의 설명을 참조할 수 있다.
협력 단말은 대상 단말에게 협력 방식에 대한 정보 및 협력 방식에 따라 협력 단말에게 요구되는 전송 전력에 대한 정보를 전송(540)한 후, 협력 방식에 따라 대상 단말과 함께 협력 통신을 수행한다(550).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 단말과 협력 단말 간의 협력 통신 동작을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 대상 단말과 협력 단말 간의 협력 통신을 위한 통신 시스템은 단말 1(603)을 위한 기지국 a(601), 단말 1(603), 단말 2(605) 및 단말 2(605)를 위한 서빙 기지국 b(607)을 포함한다. 이하에서, 단말 1(603)은 도움을 주는 협력 단말이고, 단말 2(605)는 도움을 받는 대상 단말이라고 가정한다.
기지국 a(601)는 협력 단말(603)에게 x1 신호를 전송하고, 기지국 b(607)는 대상 단말(605)에게 x2 신호를 전송한다. 이 때, 협력 단말을 위한 기지국 a(601)가 협력 단말(603)에게 전송하는 x1 신호는 대상 단말(605)에게 간섭을 미치고, 기지국 b(607)가 대상 단말(605)에게 전송하는 x2 신호는 협력 단말(603)에게 간섭을 미치게 된다.
대상 단말(605)는 자신을 위한 서빙 기지국 b(607)로부터 파일럿(pilot) 신호를 수신하면서 대상 단말(605)과 서빙 기지국 b(607) 사이의 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00054
)을 측정한다([수학식 7] 참고)(612).
협력 단말(603)도 역시 612에 앞서, 기지국 a(601)로부터 파일럿 신호를 수신하여 협력 단말(603)과 기지국 a(601) 사이의 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00055
)을 측정할 수 있다(610). 협력 단말(603) 및 대상 단말(605)이 신호 품질을 측정하는 순서는 서로 바뀌어도 상관없다.
대상 단말(605)는 대상 단말(605)과 서빙 기지국 b(607) 사이의 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00056
)이 미리 정해진 타겟 신호 품질(target SINR)(γ０)보다 작다면 인접한 기지국 a(601)에 속해 있는 협력 단말(603)로부터 도움을 받는 것을 고려한다(614).
대상 단말(605)은 미리 정해진 타겟 신호 품질(target SINR)(γ０)에 도달하기 위해 협력 단말(603)로부터 얼마나 도움을 받아야 하는지를 파악하기 위해 기지국 a(601)로부터 자신에게 수신되는 파일럿 신호(616)를 이용하여 신호 품질을 측정한다([수학식 10] 참고)(618).
618에서 대상 단말(605)이 측정하는 신호 품질은 대상 단말(605)이 수신한 신호 중에서 자신에 대한 간섭 신호인 x1 신호에 대한 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00057
)(즉, ISNR(Intrinsic Signal-to-Noise Ratio))이다.
대상 단말(605)은 상술한 [수학식 16]을 이용하여 AF 기반 협력 방식을 사용할 경우에 대상 단말(605)이 추가적으로 필요로 하는 신호 품질(γδ)을 계산하고, [수학식 21]을 이용하여 DF 기반 협력 방식을 사용할 경우에 대상 단말(605)이 추가적으로 필요로 하는 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00058
)을 계산할 수 있다(620).
대상 단말(605)은 예를 들어, 무선 랜 또는 블루투스 등과 같은 별도의 무선 접속 기술(Radio Access Technology; RAT)를 이용하여 협력 요청 메시지를 협력 단말(603)을 포함하는 주변 단말들에게 방송(broadcast)할 수 있다(622).
이 때, 협력 요청 메시지는 AF 기반 협력 방식 또는 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 계산된 신호 품질의 차이 ((γδ),(
Figure 112010079286704-pat00059
))에 대한 정보, 협력을 요청하는 단말(즉, 대상 단말(605))의 주소, 대상 단말(605)을 위한 서빙 기지국 b(607)의 아이디 또는 협력 단말(603)을 위한 기지국 a(601)의 아이디(identity) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
대상 단말(605)로부터 협력 요청 메시지를 수신한 협력 단말(603)을 포함하는 주변 단말들은 메시지의 수신과 동시에 대상 단말(605)과 사이의 직접 채널(즉, 협력 채널)(h1 ,2)를 추정한다(624).
대상 단말(605)의 주변 단말들은 자신의 신호 품질이 미리 정해진 타겟 신호 품질(γ0)을 만족하는지 여부에 의해 협력 가능 여부를 판단할 수 있다. 즉, 대상 단말(605)로부터 협력 요청 메시지를 수신한 주변 단말들은 자신의 신호 품질이 정해진 타겟 신호 품질(γ0)보다 큰 지 여부를 판단한다(626).
626에서 협력이 가능하다고 판단한 주변 단말들(또는 협력 단말(603))은 협력을 어떻게 수행할 지를 결정하기 위해 기지국 b(607)의 파일럿 신호를 기반으로 [수학식 19]를 이용하여 협력 단말(603)과 대상 단말(605)을 위한 서빙 기지국 b(607) 사이의 채널에 대한 간섭 대 잡음비(Interference-to-Noise Ratio; INR) 값(Sb ,1)을 측정한다(630).
협력 단말(603)은 γδ,
Figure 112010079286704-pat00060
, Sb ,1 값값을 이용하여 [수학식 24] 및 [수학식 25]에 따라 AF 기반 협력 방식 또는 DF 기반 협력 방식 중 어떠한 협력 방식을 사용할지를 결정한다(632). 또한, 협력 단말(603)은 [수학식 23]을 이용하여 결정한 협력 방식에 따라 자신(협력 단말(603))이 사용하게 될 전송 전력(P1)을 계산한다(634)(636).
협력 방식을 결정한 주변 단말들(또는 협력 단말(603))은 협력 응답 메시지를 협력을 요청한 대상 단말(605)에게 전송한다(638). 협력 응답 메시지에는 협력 단말(603)이 결정한 협력 방식(AF 기반 협력 방식 또는 DF 기반 협력 방식)에 대한 정보, 협력 방식에 따라 협력 단말(603)이 사용할 전송 전력(P1), 및 협력 단말(603)의 어드레스(address) 중 적어도 하나의 정보가 포함될 수 있다.
이 때, 대상 단말(605)은 협력 단말(603)을 포함하는 주변 단말들로부터 협력 응답 메시지를 수신하고, 그 중 가장 작은 전송 전력 값을 갖는 단말을 선택해 자신의 협력 단말로 결정할 수 있다(640). 이에 따라, 협력 단말(603)과 대상 단말(605) 간의 협력 통신에 필요한 단말의 전력을 최소화 할 수 있다.
대상 단말(340)은 자신이 결정한 협력 단말(603)에게 협력 스케줄링 정보 메시지를 전송한다(642). 협력 스케줄링 정보 메시지는 대상 단말과 협력 단말 간의 협력 통신에 사용할 채널(또는 무선 자원)에 대한 정보, 대상 단말과 협력 단말 간의 협력 통신을 수행할 시작 시점 및 종료 시점에 대한 정보를 포함할 수 있다.
협력 스케줄링 정보 메시지를 수신한 협력 단말(603)은 해당 메시지에 포함된 정보들을 인지하고, ACK 메시지를 다시 대상 단말(605)에게 전송함으로써 대상 단말(605)과 함께 협력 통신을 시작할 준비를 한다(644).
협력 단말(603)은 협력 통신을 수행할 시작 시점에 협력 신호를 대상 단말(605)에게 전달하여 협력 통신을 수행한다(646). 이 때, 협력 단말(603)이 선택한 협력 방식에 따라 협력 단말(603)이 대상 단말(605)에게 전달하는 신호 성분이 달라지게 된다.
즉, AF 기반 협력 방식의 경우, 협력 단말(603)은 수신 신호에서 자신의 신호인 x1 신호를 먼저 디코딩 한다. 그 후, 협력 단말(603)은 SIC 방식으로 x1 신호를 제외한 나머지 신호 성분(y1 - x1)을 대상 단말(605)에게 전송한다.
이에 따라, 대상 단말(605)은 협력 단말(603)로부터 (y1 - x1) 신호 성분을 기지국 b(607)로부터 수신한 신호 x2 와 결합(combine)하여 자신이 원하는 신호(x2)를 디코딩한다.
반면, DF 기반 협력 방식의 경우, 협력 단말(603)은 수신한 신호 중에서 자신의 신호인 x1 신호(즉, 대상 단말(605)에 대한 간섭 신호인 x1 신호)를 디코딩하여 대상 단말(605)에게 전송한다.
대상 단말(605)은 먼저 기지국 a(601)로부터 수신한 간섭 신호(x1 신호)와 협력 단말(605)로부터 수신한 x1 신호를 결합(combine)하여 자신에 대한 간섭 신호 성분인 x1 신호를 디코딩한다. 그 후, 대상 단말(605)은 전체 수신 신호에서 SIC 방식으로 간섭 신호 성분인 x1 신호를 빼고 남은 자신의 신호인 x2 신호를 디코딩한다.
이 밖에도 DF 기반 협력 방식을 사용할 경우, 대상 단말(605)이 얻게 되는 자신의 신호(x2 신호)에 대한 최종 신호 품질(
Figure 112010079286704-pat00061
)([계산식 13] 참조)은 타겟 신호 품질(γ0)의 값보다 클 수 있다. 이와 같은 경우, 대상 단말(605)은 자신을 위한 기지국 b(607)에게 자신이 협력 단말(603)과의 협력을 통해 얻고 있는 신호 품질의 값 등을 보고함으로써 기지국 b(607)가 해당 대상 단말(605)에 대한 전송 전력(P1) 또는 전송률(rate)을 조절하도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; 이하 AF) 기반의 협력 통신 방식을 수행할 수 있는 환경을 설명하기 위한 도면이다. 도 7에서 가정하고 있는 사항은 다음과 같다.
우선, 도 7의 통신 시스템은 Multi-User MISO System으로, 각 단말들을 서빙하는 기지국은 다중(multiple) 안테나를 가지고, 각 단말은 하나의 안테나만을 갖는다.
기지국끼리는 단말을 위한 협력(Cooperation)을 수행하지 않고, 각 기지국은 자신의 셀에 속한 단말들을 위해 Block Diagonalization(BD) 브로드캐스팅 기법을 사용한다. 또한, 각 단말은 자신이 속한 셀의 기지국과의 채널, 인접 셀로부터의 간섭 채널, 협력 통신을 위한 단말 간의 채널 및 수신 신호의 전력과 노이즈 전력을 알고 있다고 가정한다.
이 때, 단말들은 인접한 셀(Cell) 영역이 서로 겹치는 셀의 가장 자리(Edge) 부근에 위치할 수 있으며, 단말들끼리는 WLAN과 같은 이종 망을 통하여 통신할 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 단말들 간의 협력 통신을 통해 각 셀에 속한 기지국으로부터의 통신 환경을 개선 시킬 수 있다.
이때, 기지국으로부터 수신한 신호의 SINR 값이 특정 타겟 SINR보다 작은 단말의 경우, 다른 단말들로부터 도움을 필요로 하며, SINR 값이 타겟 SINR을 넘은 단말(예를 들어, 협력 단말)은 도움을 필요로 하는 단말(예를 들어, 대상 단말)에게 협력에 의한 도움을 줄 수 있다.
도 8은 도 7의 환경에서 대상 단말과 협력 단말 사이의 협력 통신에 필요한 데이터를 나타낸 도면이다.
도 8에서 기지국 1(810)의 셀 영역에 속하며 타겟 신호 품질(Target SINR)을 만족하지 못하여 도움을 받는 대상 단말을 단말 1(820)로 표시하였으며, 기지국 2(830)의 셀 영역에 속하며 타겟 신호 품질을 만족하여 도움을 줄 수 있는 협력 단말을 단말 2(840)로 표시하였다.
도 8을 참조하면, 단말 간의 협력 시에 필요한 전송되어야 하는 데이터를 볼 수 있다.
협력 단말이 수신한 신호 중에서 대상 단말을 위한 신호 성분을 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; AF) 방식으로 대상 단말에게 전송하는 AF 기반 협력 방식인 경우, 대상 단말인 단말 1(820)은 협력 단말인 단말 2(840)에게 자신(여기서는 단말 1(820))이 기지국 1(810)으로부터 부여 받은 빔 포밍 벡터(Beam-forming Vector)(w1)와 노이즈 파워(
Figure 112010079286704-pat00062
)을 포함하는 메시지를 전송할 수 있다.
단말 2(840)는 단말 1(820)의 빔 포밍 벡터 및 단말 1(820)의 노이즈 파워를 이용하여 단말 1(820)이 협력을 통해 획득할 수 있는 신호 품질의 이득을 미리 계산할 수 있다. 또한, 단말 2(840)는 신호 품질의 이득에 기초하여 대상 단말인 단말 1(820)에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인할 수 있다.
다음으로 단말 2(840)는 단말 1(820)을 위한 신호 성분, 단말 2(840)에 대한 간섭 기지국인 기지국 1(820)과 자신 사이의 간섭 채널(h21)에 대한 정보 및 단말 2(840)가 단말 1(820)에 대한 협력을 수행할 때 필요한 송신 전력의 비율
Figure 112010079286704-pat00063
에 대한 정보를 단말 1(820)에게 전송할 수 있다.
그리고, 단말 2(840)는 자신이 기지국으로부터 수신한 신호를 가공한 Z2 신호를 단말 간의 협력 채널을 통해 단말 1(820)에게 전송한다.
이때, 단말 1(820)이 속해 있는 셀의 기지국인 기지국 1(820)으로부터 단말 2(840)가 수신하는 신호는 단말 2(840)에 대한 간섭 성분으로 작용한다. 그러나, 이 간섭 성분 안에는 도움을 받길 원하는 단말 1(820)의 신호(혹은 데이터)가 들어 있다. 따라서, 단말 2(840)는 Z2 신호를 단말 1(820)에게 전송함으로써 단말 1(820)의 신호 품질(또는 신호 품질)을 향상시킬 수 있다.
도 8에서 설명한 각 데이터들에 대하여는 도 9를 통해 상세히 설명한다.
도 9는 도 7의 환경에서 AF 기반의 협력 통신을 수행하는 동작을 나타낸 도면이다.
도 9의 통신 시스템은 Multi-User MISO System이며, 기지국의 송신 안테나 개수는 N T 이고, 단말(또는 유저)의 수는 N u 개이다. 이때, 각 단말은 1 개의 수신 안테나를 갖기 때문에, 기지국에서 브로드캐스팅(Broadcasting)을 위해 BD(Block Diagonalization) 기법을 사용할 경우 송신 안테나의 개수는 N T = N u 이 되어야 한다.
이때 기지국 1(901)과 기지국 2(905)에서 N u 명의 단말을 위해 방송 하는 신호
Figure 112010079286704-pat00064
는 각각 아래의 [수학식 26]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00065
여기서 Si와 gj는 스칼라 값으로 기지국 1(901)에 속하는 i 번째 단말의 데이터(또는 신호)와 기지국 2(905)에 속하는 j번째 단말의 데이터(또는 신호)를 나타내고, w i와 m j는 해당 단말의 빔 포밍 벡터(Beam-forming Vector)를 뜻한다.
BD 기법은 한 셀 안에서 해당 단말의 빔 포밍 벡터가 다른 단말의 채널과 직교(Orthogonal)하게 설계되어 있기 때문에, 한 셀 안에 있는 단말끼리는 간섭이 존재하지 않는 브로드캐스팅(Broadcasting) 기법이다. 이때, x, w, m은 N T x 1 인 Column 벡터이다.
도 8에서 나타낸 바와 같이, 기지국 1(901)은 X1 신호를 브로드캐스팅하고, 기지국 2(905)는 X2 신호를 브로드캐스팅하며, 셀의 가장 자리(Cell Edge)에 존재하는 단말들은 다른 기지국의 신호를 간섭 신호로 수신하게 된다.
이때, MISO 채널은 자신이 속한 기지국과의 사이에 형성되는 채널과 인접 기지국과의 사이에 형성되는 간섭 채널로 나눌 수 있다. 즉, 기지국 1(901)에 속한 i 번째 단말의 기지국과의 채널은
Figure 112010079286704-pat00066
로, 2번 기지국에 속한 j번째 단말의 1번 기지국으로부터의 간섭 채널은
Figure 112010079286704-pat00067
로 나타낼 수 있다. 기지국으로부터 단말간의 채널은 MISO 채널이므로 h는 1 x N T 인 Row 벡터이다. 다음으로 단말 간 협력을 위한 단말간의 채널은
Figure 112010079286704-pat00068
로 나타내며, j 단말에서 i 단말까지의 채널을
Figure 112010079286704-pat00069
로 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00070
이 때, (i,1) 단말에 대한 간섭 신호와 노이즈 성분(즉,
Figure 112010079286704-pat00071
)이 너무 커서 해당 신호 품질의 값이 낮아지고, 이에 따라 (i,1) 단말이 자신에게 전송된 데이터(또는 신호) Si를 디코딩 할 수 없다고 가정하면, (i,1) 단말은 다른 단말에게 도움을 받을 수 있다. 이 때, 다른 단말에게 도움을 받는 (i,1) 단말(903)을 '대상 단말'이라고 한다.
셀의 가장 자리(Cell Edge)에 다른 기지국(여기서는 기지국 2(905))에 속한 (j,2) 단말(907)이 있다면 이 (j,2) 단말(907)이 받은 신호는 아래의 [수학식 28]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00072
(j,2) 단말(907)은 간섭 신호와 노이즈 성분이 작아, 신호 품질 값이 미리 설정된 타겟 신호 품질보다 크다고 한다면, 자신의 데이터(신호)를 높은 신뢰도를 가지고 디코딩을 할 있다.
이 때, (j,2) 단말(907)이 디코딩 한 결과를
Figure 112010079286704-pat00073
라고 가정하면, 아래의 [수학식 29]와 같이 (i,1) 단말(903)을 돕기 위해 자신이 받은 신호
Figure 112010079286704-pat00074
에서 (j,2) 단말(907) 자신의 신호(
Figure 112010079286704-pat00075
)를 제거할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00076
이 때,
Figure 112010079286704-pat00077
안에는 단말 (i,1)(903)이 원하는 데이터 Si 가 포함되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서는 이 점을 이용하여 Si 가 포함된 신호
Figure 112010079286704-pat00078
를 단말 (i,1)(903)에 전송하고, 이 신호를
Figure 112010079286704-pat00079
신호와 함께 단말 (i,1)(903)에서 신호 처리 함으로써 Si 에 대한 신호 품질을 높일 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00080
신호를 도움을 받는 단말 (i,1)(903)에게 전송하기 위해, (j,2) 단말(907)는
Figure 112010079286704-pat00081
신호를 전력
Figure 112010079286704-pat00082
으로 나누어 일반화(Normalization) 한 뒤,
Figure 112010079286704-pat00083
채널을 통해
Figure 112010079286704-pat00084
의 송신 전력으로 전송할 수 있다. 이때, (i,1) 단말이 수신하는 신호(u i,1)은 [수학식 30]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00085
도 8을 통해 상술한 Z2는 Z j,2에 해당하고, 송신 전력의 비율
Figure 112010079286704-pat00086
은 [수학식 30]에서
Figure 112010079286704-pat00087
에 해당한다. 또한, 도 8의 h21은 여기서 hI , j1에 해당한다.
단말 (i,1)(903)은 자신이 수신한 신호(yi ,1)와 단말 간의 협력을 통해 수신한 신호(ui ,1)의 선형 조합을 이용하여 자신이 원하는 데이터(Si)에 대한 신호 품질을 최대화 할 수 있다.
단말 (i,1)(903)이 수신한 신호(yi ,1)와 단말 간의 협력을 통해 수신한 신호(ui ,1)의 선형 조합의 결과 (ki ,1)는 아래의 [수학식 31]과 같다.
Figure 112010079286704-pat00088
본 발명의 일실시예에서는 이하에서 제안하는 알고리즘을 통해 신호 yi , 1와 ui ,1의 선형 조합의 결과(ki ,1)에서 단말 (i,1)(903)이 원하는 데이터(Si)에 대한 신호 품질을 최대화 하는 선형 결합 계수 a1과 a2를 구할 수 있다.
l 제안하는 알고리즘
먼저 상술한 [수학식 27], [수학식 29], 및 [수학식 30]의 결과를 이용하여, 선형 조합의 결과(ki ,1)를 다시 쓰면 다음의 [수학식 32]와 같다.
Figure 112010079286704-pat00089
여기서,
Figure 112010079286704-pat00090
로 정의한다. 따라서, [수학식 32]를 데이터 Si에 대한 신호 품질(SINR)로 나타내면 다음의 [수학식 33]과 같다.
Figure 112010079286704-pat00091
여기서,
Figure 112010079286704-pat00092
Figure 112010079286704-pat00093
이고, 수식의 간편화를 위해
Figure 112010079286704-pat00094
,
Figure 112010079286704-pat00095
으로 정의할 수 있다. 상기 정의를 이용하여 [수학식 33]을 다시 정리하면 아래의 [수학식 34]와 같다.
Figure 112010079286704-pat00096
여기서,
Figure 112010079286704-pat00097
이다.
[수학식 34]에서 Rayleigh Quotient Equation으로 신호 품질을 최대화시키는 a1과 a2는 다음의 [수학식 35]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00098
[수학식 35]의 Solution은 Rayleigh Quotient Equation의 최대화 문제에 따라 풀 수 있으며, 특히 [수학식 34]의 결과에서 분모의
Figure 112010079286704-pat00099
과
Figure 112010079286704-pat00100
사이의 Matrix Rank가 1을 갖는 경우에는 다음의 [수학식 36]과 같은 Solution을 갖는다.
Figure 112010079286704-pat00101
위 결과를 보면, 단말 (i,1)(903)가 [수학식 36]과 같은 신호 처리를 하기 위해서는 도움을 주는 협력 단말인 단말 (j,2)(907)로부터 hI , j2와 β 값을 알아야 한다. 때문에 도 8과 같이 단말 (j,2)(907)은 이 두 값을 Air 상의 메시지를 통해 단말(i,1)(903)에게 전달해야 한다.
그리고 신호 품질(SINR)을 최대화하기 위해 [수학식 36]의 결과를 사용하였을 때 최대화 된 신호 품질 값은 다음의 [수학식 37]과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00102
이때, [수학식 37]의 첫 번째 텀(
Figure 112010079286704-pat00103
)은 수신 신호 yi , 1으로부터 얻을 수 있는 신호 품질 값으로, 앞에서 언급한 것처럼 타겟 신호 품질보다 작은 값이다.
또한, 두 번째 텀(
Figure 112010079286704-pat00104
)은 수신 신호 ui , 1으로부터 얻을 수 있는 신호 품질 값으로 이 값이 도움을 준 단말 (j,2)(907)로부터 얻을 수 있는 신호 품질 이득(SINR gain)이다.
따라서, 신호 품질 이득을 많이 얻을 수 있는 환경을 알아보기 위해, [수학식 37]을 다시 쓰면 [수학식 38]과 같다.
Figure 112010079286704-pat00105
이 때, 단말간의 통신을 위한 채널 상태가 좋거나 신호 품질(SNR)이 높다면
Figure 112010079286704-pat00106
가 된다. 여기서,
Figure 112010079286704-pat00107
는 도 8을 통해 상술한 노이즈 파워에 해당한다. 따라서, 이때 단말(i,1)(903)이 얻을 수 있는 최대 신호 품질 이득(SINR gain)은 다음의 [수학식 39]와 같다.
Figure 112010079286704-pat00108
위 식에서 빔 포밍 벡터(Beam-forming Vector) Wi -는 BS1에서 채널 hi1과 직교(Orthogonal)하게 디자인 될 수 있다. 따라서 간섭 채널
Figure 112010079286704-pat00109
가 채널
Figure 112010079286704-pat00110
와 비슷하다면
Figure 112010079286704-pat00111
값이 0에 가까워져서 더 큰 신호 품질 이득을 얻을 수 있다.
이 때, 두 채널의 비슷한 정도를 채널의 유사도(Channel Similarity)(ε)으로 정의할 수 있으며, 이 값(ε)은 두 벡터의 내적 결과로 다음의 [수학식 40]과 같이 정의 할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00112
이 때, ε은 0부터 1사이의 값을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; DF) 기반의 협력 통신 방식의 개념을 나타낸 도면이다.
매크로 셀의 커버리지를 넓히고 음영 지역을 제거하기 위한 방안으로 펨토셀, 피코셀 기지국을 사용자가 원하는 장소와 때에 설치해 사용하는 방법을 고려할 수 있다. 이러한 경우, 펨토셀은 작은 송신 전력을 사용하여 커버리지가 수십 미터 정도로 매우 작지만, 사용자가 임의로 설치하기 때문에 다른 펨토셀과 거리상으로 멀리 떨어져 있지 않는 경우가 많다. 따라서, 경계 지역에 포함된 사용자는 매우 강력한 간섭을 받게 되어, 통신 불능(outage) 상태에 빠지는 경우가 발생할 수 있다.
이러한 통신 불능 상태를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 단말 간 협력 방식 중 간섭 신호를 전달하여 통신불능 상태를 해결할 수 있다.
도 10에서는 단말 a(1030)가 통신 불능 상태에 빠졌고, 단말 b(1070)는 성공적으로 데이터를 복호화 하였다고 가정할 때, 간섭 신호를 이용하여 통신 불능 상태를 해결하는 것을 볼 수 있다. 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에서는 기지국 1(1010)과 기지국 2(1050)가 각각 단말 a(1030) 및 단말 b(1070)에게 데이터를 전송하는 경우에 단말 b(1070)와 단말 a(1030)가 직접 통신하여 통신 불능 상태를 해소할 수 있다.
예를 들어, 기지국 1(1010)이 단말 a(1030)를 서비스하고, 기지국 2(1050)가 단말 b(1070), 단말 c(미도시)를 서비스하고 있는 경우에, 통신 불능에 빠진 단말 a(1030)를 돕기 위한 단말 b(1070)와 단말 c의 수행 상태는 도 11과 나타낼 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 협력 통신의 수행 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 11을 참조하면, 대상 단말이 통신 불능(outage) 상태를 해소하기 위해 먼저 인접한 협력 단말에게 협력(cooperation)을 요청하면, 협력 단말은 대상 단말과의 사이의 협력 통신에 의해 통신 불능을 해결한다. 만약, 협력으로도 통신 불능을 해결하지 못한 경우에만 대상 단말은 기지국에 HARQ를 요청한다.
이 때, 도 10 내지 도 11에 나타난 시스템에 대한 가정은 다음과 같다.
다수의 기지국과 다수의 단말이 있는 상황에서 각 기지국은 같은 주파수를 사용하여 다수의 안테나로 각 단말에게 신호를 전송하고, 모든 기지국과 단말은 모든 채널 정보를 정확히 알고 있으며, 완벽한 동기로 가지고 있다고 가정한다.
신호 모델은 모두 복소 기저 대역 등가 모델을 사용한 수식으로 나타내고, 잡음은 평균 0, 분산 1인 원형 대칭 정규 분포를 따르는 확률 변수로 표현할 수 있다.
모든 단말은 트래픽을 수용할 수 있는 타겟 신호 품질(SNR)을 가지고 있어서 수신 신호 품질이 타겟 신호 품질보다 작은 경우에 통신 불능(outage) 상태에 진입하게 된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 대상 단말 및 협력 단말 사이의 협력 방식이 디코드 앤 포워드 기반 협력 방식이고, 각 단말을 위한 기지국이 다중 안테나를 사용하는 경우의 협력 통신을 설명하기 위한 도면이다.
3G 네트워크를 이용하여 기지국 1(1201)이 단말 a(1203)를 서비스하고 기지국 2(1205)가 단말 b(1207)와 단말 c(1209)를 서비스 하고 있으며, 각 단말들은 Wi-Fi 망으로 연결되어 있다고 가정한다. 또한, 각 기지국들(1201, 1205)은 각 단말로 하향 링크를 통해 하나의 데이터 스트림을 보내며, 단말 a(1203)는 통신 불능 상태에 있고, 단말 b(1207)와 단말 c(1209)는 통신 가능 상태에 있다고 가정한다. 이때, 단말 a(1203)는 단말 b(1207)와 단말 c(1209)에게 협력을 요청하는 메시지를 Wi-Fi 망을 통해 전달한다. 또한, 후술하는 협력 방안 1과 협력 방안 2는 구현 시 미리 정해져 있다고 가정한다.
도 12에서 네트워크는 등가적인 다중 입력 단일 출력(MISO) 채널로 표현할 수 있으며, 각 단말이 다중 안테나를 가지고 있는 경우에도 적절한 수신 빔 형성을 통해서 MISO 채널 모델로 표현할 수 있다. 이때, 단말 a(1203)가 수신하는 신호 ya는 [수학식 41]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00113
여기서, hij는 하향 링크에서 기지국 i에서 단말 j 까지의 채널, Vij는 기지국 i가 단말 j를 서비스하기 위해서 사용한 MISO 빔 벡터, xij는 기지국 i가 단말 j로 전송하고자 하는 데이터를 나타내고, Za는 단말 a(1203)가 받는 백색 잡음을 나타낸다.
그리고, 기지국 2(1205)에서 제로 포싱 기반 공간 분할 다중 접속 방식으로 빔 벡터를 적용하면, 단말 b(1207)와 단말 c(1209)의 신호는 각각 아래의 [수학식 42]와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00114
Figure 112010079286704-pat00115
또한, 단말 a(1203)의 통신 가능 조건은 [수학식 43]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00116
여기서, Pij 는 기지국 i에서 단말 j에 할당한 전송 전력량,
Figure 112010079286704-pat00117
는 타겟 SNR,
Figure 112010079286704-pat00118
이다. 반면 통신 불능 조건은 [수학식 43]에서 부등식을 반대로 하는 경우에 해당한다.
또한, 단말 b(1207)와 단말 c(1209)의 통신 가능 조건은 [수학식 44]로 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00119
여기서,
Figure 112010079286704-pat00120
이다.
단말 b(1207)와 단말 c(1209)가 [수학식 44]을 만족하는 경우에 단말 a(1203)를 위한 협력이 가능하게 된다. 본 발명의 일 실시예에서는 단말 b(1207)만이 [수학식 44]를 만족하는 것으로 가정한다.
이 때, 단말 b(1207)은 자신이 복호화(decode)한 데이터를 협력 메시지로 정의하여, WiFi 네트워크를 통하여 단말 a(1203)로 전달할 수 있다. 이 때, 단말 a(1203)가 단말 b(1207)로부터 수신하는 수신 신호 yba는 [수학식 45]와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00121
여기서, hba는 단말 b(1207)와 단말 a(1203) 간 채널, Pb는 단말 b가 협력을 위해 사용하는 전송 전력, Zba는 협력 채널에서의 백색 잡음이다.
단말 b(1207)와 단말 a(1203) 간에 네트워크는 Wi-Fi를 고려하였으므로 CSMA(Carrier Sense Multiple Access)를 따라 한번에 하나의 데이터만을 전달할 수 있다. 이 때, 수신 신호 yba에는 간섭 신호가 포함되지 않았으며, 단말 b(1207)와 단말 a(1203) 간의 협력 통신은 단일 안테나 통신으로 가정한다.
단말 a(1203)는 아래의 [수학식 46]을 만족하는 경우 협력 통신이 가능하다.
Figure 112010079286704-pat00122
단말 a(1203)는 간섭 데이터를 얻었기 때문에 [수학식 41]로 주어진 수신 신호 ya에서 간섭 성분을 제거할 수 있다. 단말 a(1203)가 수신 신호 ya로부터 간섭 성분을 제거하는 방법으로는 아래의 2 가지 방법을 이용할 수 있다.
n 제안 방식 1: 아날로그 기반 제거
제안 방식 1은 협력 통신에서 협력 단말을 위한 신호 성분(즉, 수신 신호 yba)를 선형 결합하여 대상 단말인 단말 a(1203)가 수신한 수신 신호 ya에 대한 간섭 성분을 제거하는 방식이다. 선형 결합 계수를
Figure 112010079286704-pat00123
,
Figure 112010079286704-pat00124
라고 하면 [수학식 47]로 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00125
여기서,
Figure 112010079286704-pat00126
을 만족하도록
Figure 112010079286704-pat00127
,
Figure 112010079286704-pat00128
를 적절히 설정하여 x2b를 제거할 수 있으며, 그 조건은 [수학식 48]로 표현할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00129
그러므로,
Figure 112010079286704-pat00130
로 정한 후 얻는 신호는
Figure 112010079286704-pat00131
로 주어지고, 수신 신호 품질(SINR)은
Figure 112010079286704-pat00132
으로 증가한다.
[수학식 48]에 의하면 단말 b(1207)의 송신 전력 Pb와 선형 결합 계수
Figure 112010079286704-pat00133
를 곱한 값이 일정하게 주어지는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 단말 b(1207)의 송신 전력 Pb이 크면, 선형 결합 계수
Figure 112010079286704-pat00134
가 작기 때문에 협력 후 단말 a(1203)의 수신 신호 품질(SNR)에서 잡음이 증폭되는 양이 작아서 통신 불능(outage) 상태 처리에 유리하다.
반면, 단말 b(1207)의 송신 전력 Pb이 작으면, 선형 결합 계수
Figure 112010079286704-pat00135
가 크기 때문에 협력 후 단말 a(1203)의 수신 신호 품질(SNR)에서 잡음(noise)이 증폭되는 양이 켜서 통신 불능 상태를 처리하기에 불리하다. 하지만, 단말 b(1207)의 송신 전력 Pb이 작은 경우에는 단말 b(1207)의 배터리를 아낄 수 있는 장점이 있다. 그러므로, 단말 a(1203)와 단말 b(1207)의 상황을 고려하여 실제 동작 시 참고할 수 있다.
즉, 예를 들어 단말 b(1207)가 단말 a(1203)의 통신 불능(outage) 상태를 해결하기 위해서 필요한 최소 전력의 양은
Figure 112010079286704-pat00136
으로 정리할 수 있다.
또한, 다수의 단말 (예를 들어, 단말 b(1207) 및 단말 c(1209))이 단말 a(1203)에게 협력하면서 최소한의 합 전력을 사용하고자 하는 경우에는
Figure 112010079286704-pat00137
을 고려할 수 있다.
[수학식 49]에 의한 최적화를 통해 전송 전력(Pb 및 Pc) 및 선형 결합 계수(
Figure 112010079286704-pat00138
)를 결정할 수 있다.
Figure 112010079286704-pat00139
여기서
Figure 112010079286704-pat00140
을 만족할 수 있으며, 협력 단말의 수와 관계없이 [수학식 49]과 같은 형태의 최적화 근을 사용할 수도 있다. 이와 같이 대상 단말인 단말 a(1203) 은 단말 b(1207) 또는 협력 단말인 단말 c(1209)을 위한 신호 성분에 대한 전송 전력과 선형 결합에 이용되는 선형 결합 계수를 고려하여 대상 단말에 대한 신호의 품질을 조절할 수 있다.
이하에서는 단말 a(1203)가 수신 신호 ya로부터 간섭 성분을 제거하는 또 다른 방법에 대하여 설명한다.
n 제안 방식 2: 디지털 기반 제거
제안 방식 2는 협력 통신에서의 수신 신호 ([수학식 45])로부터 [수학식 46]을 만족하는 경우에 x2b를 복호화할 수 있으며, 이미 알고 있는 채널 정보 h2a와 단말 b(1207)로부터 수신한 빔 벡터 V2b를 이용하여 단말 a(1203)에 대한 간섭 성분
Figure 112010079286704-pat00141
을 재조합할 수 있다.
재조합 한 간섭 성분을 [수학식 41]에서 제거하여 수신 신호 품질(SNR)을 증가시킬 수 있으며, 이 때의 수신 신호 품질(SNR)은
Figure 112010079286704-pat00142
로 증가한다. 마찬가지로 다수의 단말들이 협력하는 경우에도 쉽게 확장 가능하다.
제안 방식 1과 제안 방식 2는 복잡도 측면에서는 제안 방식 1이 유리하고, 수신 신호 품질(SNR)의 측면에서 제안 방식 2가 유리하다. 따라서, 구현 시 2 가지 제안 방식 중 적절한 방식을 선택하여 적용할 수 있다.
각 기지국들과 다운 링크 통신을 수행(1210)하던 단말들 중 단말 a(1203)에서 통신 불능(outage) 상태가 발생(1215)하고, 나머지 단말들(단말 b(1207) 및 단말 c(1209))에서는 각 신호의 디코딩이 성공적이라고 가정하자(1220).
단말 a(1203)는 나머지 단말들(단말 b(1207) 및 단말 c(1209))에게 협력을 요청하는 메시지를 전송할 수 있다(1225).
단말 a(1203)로부터 협력 요청 메시지를 수신한 단말 b(1207)와 단말 c(1209)는 [수학식 46]을 이용한 계산을 통해 협력 가능 여부를 미리 판단할 수 있다(1230). 단말 b(1207) 또는 단말 c(1209)는 단말 a(1203)와 협력이 가능한 경우에는 협력 응답 메시지를 구성(1235)하고, 해당 메시지를 단말 a(1203)에게 전송한다(1240).
이 때, 단말 b(1207) 또는 단말 c(1209)가 구성하는 각 협력 응답 메시지는 각 단말들(여기서는 단말 b(1207) 또는 단말 c(1209))이 이용하는 간섭 제거 방법에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 각 단말이 제안 방안 1을 사용하는 경우에는, 단말 a(1203)가 이용할 선형 결합 계수 αｂ와 αｃ 를 각각 단말 b(1207)와 단말 c(1209)에서의 협력 응답 메시지로 구성할 수 있다(이때, 단말 a는 αａ = 1로 정규화함으로써 계산을 단순화할 수 있다).
제안 방안 2를 사용하는 경우, 단말 a(1203)가 사용해야 하는 빔 벡터 V2b와 V2c를 각각 포함하도록 단말 b(1207)와 단말 c(1209)의 협력 응답 메시지로 구성할 수 있다.
협력 응답 메시지를 수신한 단말 a(1203)는 통신 불능 상태에서 벗어나기 위해 실제로 협력을 수행할 단말(즉, 협력 단말)을 선택할 수 있다(1245).
이 때, 협력 단말은 상술한 [수학식 44] 내지 [수학식 49]의 계산을 통해 선택할 수 있다.
상기 계산식들을 이용한 계산을 통해 단말 c(1209)가 협력 단말로 선택된 경우, 단말 a(1203)는 단말 c(1209)에게 Wi-Fi 네트워크를 통해 간섭 데이터를 요청할 수 있다(1250).
단말 c(1209)는 간섭 데이터에 대한 요청을 수신한 후, 간섭 데이터가 포함된 협력 메시지를 다시 Wi-Fi 네트워크를 통하여 단말 a(1203)에게 전달한다(1255).
이에 따라, 단말 a(1203)는 이전 수신 신호에서 기지국 2(1205)가 단말 c(1209)에게 전송한 간섭 신호를 제거함으로써 통신 불능(outage) 상태에서 벗어날 수 있다(1260).
상술한 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통해 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
310: 협력 단말을 위한 기지국
320: 협력 단말
330: 대상 단말을 위한 기지국
340: 대상 단말

Claims (25)

  1. 대상 단말과 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질에 기초하여, 적어도 하나의 이웃 단말에게 협력을 요청하는 단계;
    상기 적어도 하나의 이웃 단말로부터 상기 대상 단말 및 상기 적어도 하나의 이웃 단말 사이의 협력 방식에 대한 정보 및 상기 협력 방식에 따라 상기 적어도 하나의 이웃 단말에게 요구되는 전송 전력에 대한 정보를 획득하는 단계;
    상기 정보를 기초로 상기 적어도 하나의 이웃 단말 중 상기 대상 단말과 협력하는 협력 단말을 선택하는 단계; 및
    상기 협력 단말에 대응하는 협력 방식에 따라 상기 협력 단말과 함께 협력 통신을 수행하는 단계
    를 포함하는 대상 단말의 협력 통신 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 협력 방식은
    상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 대상 단말을 위한 신호 성분을 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; AF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 AF 기반 협력 방식 또는 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; DF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 DF 기반 협력 방식 중 어느 하나를 포함하는 단말 간의 협력 통신을 위한 대상 단말의 협력 통신 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 상기 대상 단말 및 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질과 미리 설정된 타겟 신호 품질 사이의 차이를 계산하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 이웃 단말에게 협력을 요청하는 단계는
    상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 상기 계산된 차이에 대한 정보, 상기 대상 단말의 주소, 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국의 아이디 또는 상기 적어도 하나의 이웃 단말을 위한 기지국의 아이디 중 적어도 하나를 포함하는 메시지를 브로드캐스트(broadcast) 하는 단계
    를 포함하는 대상 단말의 협력 통신 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 대상 단말과 협력하는 협력 단말을 선택하는 단계는
    상기 적어도 하나의 이웃 단말에게 요구되는 전송 전력에 기초하여 상기 대상 단말과 협력하는 협력 단말을 선택하는 단계인 대상 단말의 협력 통신 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 협력 단말에게 상기 대상 단말과 상기 협력 단말 간의 채널에 대한 정보, 상기 대상 단말과 상기 협력 단말 간의 협력 통신을 수행할 시작 시점 및 종료 시점에 대한 정보를 포함하는 메시지를 전송하는 단계
    를 더 포함하는 대상 단말의 협력 통신 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 협력 방식이 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 대상 단말을 위한 신호 성분을 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; AF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 AF 기반 협력 방식인 경우,
    상기 협력 단말에게 상기 대상 단말의 빔 포밍 벡터 및 상기 대상 단말의 노이즈 전력을 포함하는 메시지를 전송하는 단계
    를 더 포함하는 대상 단말의 협력 통신 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 대상 단말을 위한 신호 성분, 상기 협력 단말과 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 간섭 채널에 대한 정보 및 상기 대상 단말을 위한 신호 성분에 대한 상기 협력 단말의 송신 전력 비율을 이용하여 상기 대상 단말의 신호 품질을 최대화하는 선형 결합 계수를 계산하는 단계
    를 더 포함하는 대상 단말의 협력 통신 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 선형 결합 계수를 이용하여 상기 대상 단말을 위한 신호 성분과 상기 대상 단말이 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국으로부터 수신한 신호를 선형 신호 결합하는 단계
    를 더 포함하는 대상 단말의 협력 통신 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 협력 방식이 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; DF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 DF 기반 협력 방식인 경우,
    상기 협력 단말로부터 상기 협력 단말을 위한 신호 성분, 상기 협력 단말 과 상기 대상 단말 사이의 채널에 대한 정보 및 상기 협력 단말의 전송 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지를 수신하는 단계
    를 더 포함하는 대상 단말의 협력 통신 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 이용하여 상기 대상 단말에 대한 간섭을 제거하는 단계
    를 더 포함하는 대상 단말의 협력 통신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 대상 단말에 대한 간섭을 제거하는 단계는
    상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 선형 결합하여 상기 대상 단말에 대한 간섭을 제거하는 단계인 대상 단말의 협력 통신 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 대상 단말에 대한 간섭을 제거하는 단계는
    상기 협력 단말을 위한 신호 성분에 대한 송신 전력과 상기 선형 결합에 이용되는 선형 결합 계수를 고려하여 상기 대상 단말에 대한 신호 품질을 조절하는 단계
    를 더 포함하는 대상 단말의 협력 통신 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 대상 단말에 대한 간섭을 제거하는 단계는
    상기 협력 단말을 위한 기지국과 상기 대상 단말 사이의 채널에 대한 정보, 상기 협력 단말의 빔 포밍 벡터를 이용하여 상기 협력 단말을 위한 기지국과 상기 대상 단말 사이의 채널에 대한 간섭 성분을 재조합 하는 단계; 및
    상기 대상 단말의 신호 품질을 향상시키기 위하여, 상기 대상 단말이 수신한 신호로부터 상기 재조합 한 간섭 성분을 제거하는 단계
    를 포함하는 대상 단말의 협력 통신 방법.
  14. 대상 단말로부터 협력 요청을 수신하는 단계;
    상기 협력 요청에 따라 상기 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인하는 단계;
    상기 대상 단말과 협력 단말 사이의 협력 방식을 선택하는 단계;
    상기 대상 단말에게 상기 협력 방식에 대한 정보 및 상기 협력 방식에 따라 상기 협력 단말에게 요구되는 전송 전력에 대한 정보를 전송하는 단계; 및
    상기 협력 방식에 따라 상기 대상 단말과 함께 협력 통신을 수행하는 단계
    를 포함하는 협력 단말의 협력 통신 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 협력 방식은
    상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 대상 단말을 위한 신호 성분을 앰플리파이 앤 포워드(Amplify & Forward; AF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 AF 기반 협력 방식 또는 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; DF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 DF 기반 협력 방식 중 어느 하나를 포함하는 협력 단말의 협력 통신 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 협력 요청을 수신하는 단계는
    상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 상기 대상 단말 및 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질과 미리 설정된 타겟 신호 품질 사이의 계산된 차이에 대한 정보, 상기 대상 단말의 주소, 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국의 아이디 또는 상기 협력 단말을 위한 기지국의 아이디 중 적어도 하나를 포함하는 메시지를 수신하는 단계
    를 포함하는 협력 단말의 협력 통신 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 협력 요청에 따라 상기 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인하는 단계는
    상기 협력 단말 및 상기 협력 단말을 위한 기지국 사이의 신호 품질 및 미리 설정된 타겟 신호 품질을 비교하여 상기 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인하는 단계인 협력 단말의 협력 통신 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국으로부터 수신한 파일럿 신호에 기초하여 상기 협력 단말과 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 채널에 대한 간섭 대 잡음비를 측정하는 단계
    를 더 포함하는 협력 단말의 협력 통신 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 대상 단말과 상기 협력 단말 사이의 협력 방식을 선택하는 단계는
    상기 간섭 대 잡음비 및 상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 각각에 대하여 상기 대상 단말 및 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 신호 품질과 미리 설정된 타겟 신호 품질 사이의 계산된 차이에 대한 정보에 기초하여 상기 대상 단말과 상기 협력 단말 사이의 협력 방식을 선택하는 단계; 및
    상기 대상 단말이 상기 대상 단말과 협력하는 협력 단말을 선택하도록 하기 위하여, 상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 각각에 따라 상기 협력 단말에게 요구되는 전송 전력을 결정하는 단계
    를 포함하는 협력 단말의 협력 통신 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 대상 단말과 상기 협력 단말 사이의 협력 방식을 선택하는 단계는
    상기 AF 기반 협력 방식 또는 상기 DF 기반 협력 방식 중 상기 협력 단말에게 요구되는 전송 전력이 더 적게 소모되는 방식을 상기 대상 단말과 상기 협력 단말 사이의 협력 방식으로 선택하는 단계인 협력 단말의 협력 통신 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 협력 방식이 상기 AF 기반 협력 방식인 경우, 상기 대상 단말로부터 상기 대상 단말의 빔 포밍 벡터 및 상기 대상 단말의 노이즈 전력을 포함하는 정보를 수신하는 단계
    를 더 포함하는 협력 단말의 협력 통신 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인하는 단계는
    상기 대상 단말의 빔 포밍 벡터 및 상기 대상 단말의 노이즈 전력을 이용하여 상기 대상 단말이 획득할 수 있는 신호 품질의 이득을 계산하는 단계; 및
    상기 계산 결과에 기초하여 상기 대상 단말에 대한 협력이 가능한지 여부를 확인하는 단계
    를 포함하는 협력 단말의 협력 통신 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 대상 단말을 위한 신호 성분, 상기 협력 단말과 상기 대상 단말을 위한 서빙 기지국 사이의 간섭 채널에 대한 정보 및 상기 대상 단말을 위한 신호 성분에 대한 상기 협력 단말의 송신 전력 비율에 대한 정보를 상기 대상 단말에게 전송하는 단계
    를 더 포함하는 협력 단말의 협력 통신 방법.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 협력 방식이 상기 협력 단말이 수신한 신호 중에서 상기 협력 단말을 위한 신호 성분을 디코드 앤 포워드(Decode & Forward; DF) 방식으로 상기 대상 단말에게 전송하는 DF 기반 협력 방식인 경우,
    상기 대상 단말에게 상기 협력 단말을 위한 신호 성분, 상기 협력 단말 과 상기 대상 단말 사이의 채널에 대한 정보 및 상기 협력 단말의 전송 전력에 대한 정보를 포함하는 메시지를 전송하는 단계
    를 포함하는 협력 단말의 협력 통신 방법.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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